[发明专利]基于反射式超声波传感器阵列的风速风向测量方法

说明书

本发明一种基于反射式超声波传感器阵列的风速风向测量方法，属于风速风向测量技术领域，包括如下步骤：建立超声波传感器阵列模型，超声波传感器阵列包括一个超声波发射传感器和八个超声波接收传感器，八个超声波接收传感器所接收的八路超声波信号采用波束形成算法进行风参数的测量，得到待测的风速风向值。本发明提出的基于反射式超声波传感器阵列的风速风向测量方法避免了对超声波在超声波传感器收发端之间传播时间的测量精度对风参数测量精度的直接影响。

技术领域

本发明属于风速风向测量技术领域，具体涉及了一种基于反射式超声波传感器阵列的风速风向测量方法。

背景技术

风参数信息包括风速信息和风向信息，风是一种很常见的气象要素，也是一种可再生，可循环的清洁能源。风参数信息无论是应用在气象中还是应用在风能中，其首要任务都是要准确获得风矢量信息。高质量的风矢量测量仪器的设计将会为气象应用和风能应用提供更有说服力的数据。目前国内外已经上线了多种风速风向测量仪，其测量原理主要包括机械式测量、皮托管式测量、热膜测量、激光测量等，而其中基于超声波进行风参数测量的测量方法由于其测量性能的优越性，而越发受到国内外学者的关注。而基于超声波进行风参数测量的测量技术主要是时差法(TOF)，也即通过测量在顺风和逆风情况下，超声波信号在超声波传感器发射端和接收端之间传播的时间差来进行风参数的测量。基于时差法的超声波测风仪测量原理简单，但测风仪的测量精度完全取决于超声波传播时间的测量精度。

发明内容

本发明的发明目的是对现有的基于时差法进行风参数测量的测风技术进行改进，提供一种精度更高的风速风向测量方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：基于反射式超声波传感器阵列的风速风向测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立超声波传感器阵列模型：超声波传感器阵列包括一个超声波发射传感器和八个超声波接收传感器，超声波发射传感器作为发射阵元O′用于发射超声波信号，八个超声波接收传感器用于接收超声波发射传感器所发射的超声波信号，八个超声波接收传感器分别为超声波接收传感器A、超声波接收传感器B、超声波接收传感器C、超声波接收传感器D、超声波接收传感器A′、超声波接收传感器B′、超声波接收传感器C′、超声波接收传感器D′，超声波接收传感器A作为接收阵元A，超声波接收传感器B作为接收阵元B，超声波接收传感器C作为接收阵元C，超声波接收传感器D作为接收阵元D，超声波接收传感器A′作为接收阵元A′、超声波接收传感器B′作为接收阵元B′、超声波接收传感器C′作为接收阵元C′、超声波接收传感器D′作为接收阵元D′，接收阵元A′、接收阵元B′、接收阵元C′及D′呈正方形排布，接收阵元A′和接收阵元C′之间的连线与接收阵元B′和接收阵元D′之间的连线相互垂直，且交点处为发射阵元O′所在位置；接收阵元A′与发射阵元O′连线的中点与接收阵元A共线，接收阵元B′与发射阵元O′连线的中点与接收阵元B共线，接收阵元C′与发射阵元O′连线的中点与接收阵元C共线，接收阵元D′与发射阵元O′连线的中点与接收阵元D共线；

所述接收阵元A、接收阵元B、接收阵元C及接收阵元D所组成的阵列设为子阵列O1，并将子阵列O1中的接收阵元A设为子阵列O1中的参考阵元；

所述接收阵元A′、接收阵元B′、接收阵元C′及接收阵元D′所组成的阵列设为子阵列O2，并将子阵列O2中的接收阵元A′设为子阵列O2中的参考阵元；

(2)获取步骤(1)中所述发射阵元O′所发射的超声波信号到达所述的子阵列O1中接收阵元A、接收阵元B、接收阵元C、接收阵元D时，相对于发射阵元O′所发射的超声波信号到达所述的子阵列O1中参考阵元的时间延迟数据；

(3)获取步骤(1)中所述发射阵元O′所发射的超声波信号到达所述的子阵列O2中接收阵元A′、接收阵元B′、接收阵元C′及接收阵元D′时，相对于发射阵元O′所发射的超声波信号到达所述的子阵列O2中参考阵元的时间延迟数据；